液压控制系统

第一章液压伺服系统概述

§1.1 液压伺服系统的发展概述及应用

１．液压伺服系统是控制领域中的一个重要组成部分。它是在液压传动和自动控制技术基础上发展起来的一门较新的科学技术，目前已知在各个领域中得到了广泛的应用。

２．电液伺服系统的出现，使液压伺服系统的应用更为广泛。在电液伺服系统中，

电液伺服阀是一个电、液转换的关键元件。它可以利用小功率的电信号控制大功率的液压动力。所以，就能将电子技术和液压技术的特点结合在一起。因而，在高精度、大功率的控制领域中占有独特的优势。

３．冶金工业中，工作机械和设备都很庞大，因此，要求传输和控制的功率也很可观。所以，冶金工业会成为液压伺服系统的最大的用户之一。

４．例如

目前，高速线材轧钢机上，电液伺服系统已取代了传统的电动－机械的轧辊压下控制系统。在各种高速管材生产线上，为了得到高质量的产品，液压伺服系统已成为生产设备中不可缺少的部分。

§１.２液压伺服系统的组成及工作原理

液压伺服系统（液压随动系统）：就是在这个系统中，输出量（如位移、速度、力等）能自动地、快速而准确地跟随输入量（相

应物理量的期望值或给定值）而变化，

与此同时，输出功率被大幅度地放大。

一、工作原理

１、图１-１所示为操纵管道１中阀板

２转角 的液压传动装置：

1)、作用：利用这种普通的液压传动

装置，阀板转角 就可随操纵者的期

望任意变化或保持不变。

2)、工作过程：

首先在操作者脑中有一个期望的阀板

转角 r（给定值），他必须观察阀板

转角的实际值 （实际值对人的反

馈）。然后判断如何操作手动换向阀5，以使阀板转角的实际值和给定值无偏差为止。

当阀板在外力干扰作用下再出现偏差时，上述操作过程仍需进行。

事实上，这个由人操作的液压传动装置，如果将人的作用考虑进去，阀板的实际转角ß也就能跟随人的脑中的阀板转角给定值ßr而变化。因此

3)、结论：事实上，这个由人操作的液压传动装置，如果将人的作用考虑进去，阀板的实际转角 也就跟随人的脑中的阀板转角 r而变化。因此，在一定意义上，图1－1所示的液压传动装置，是一个包括了液压伺服系统功能的控制系统。

２、图1－2所示为阀板转角操纵的机液伺服系统

1)、功能：利用这个

装置，只要由操作员

向系统输入给定值，

阀板转角就能自动地

跟随给定值，这个调

节过程无需人的参

与。

2)、工作过程：

由操作轮放入给定值

后，液压伺服阀（不

同于只有开、关功能

的换向阀，该阀是处

在阀开口量可连续变化的工作状态）中出现某一开口量xv，因而压力油进入液压缸上腔，使活塞位移xp，通过齿轮、齿条带动阀板转角 。

在此动作的同时，通过反馈杠杆，液压伺服阀的开口量又回复到零。所以，阀板的转角 与给定值xi是一一对应的。反馈杠杆具有位移输出负反馈及与输入信号相比较的功能。

当给定值xi变化时，转角 也跟随变化；当给定值xi不变时，而阀板受外力作用，转角 偏离对应值时，伺服阀重新出现阀开口，将 角纠回到对应值为止。

3)、结论: 在该伺服系统中，采用了反馈杠杆和机械力直接推动的液压伺服阀，以完成自动控制过程，所以该系统为机液伺服系统。

3、图1－3为阀板转角操纵的电液伺服系统

1)、功能：利用这个装置，

只要由操作员向系统输

入给定值，阀板转角就

能自动地跟随给定值，

这个调节过程无需人的

参与。

2)、工作过程

向给定电位器输入指令

xi（给定值）后，给定电

位器与反馈电位器所组

成的电桥失去平衡而产

生电压差 u，经放大器

放大后推动电液伺服阀的阀芯，出现开口量xv，压力油进入液压缸的上腔，通过齿轮、齿条推动阀板转 角，同时带动反馈电位器，直到电桥达到平衡为止。

阀板转角 与给定值xi是一一对应的。电桥具有位移输出负反馈及与输入信号相比较的功能。此电液伺服系统同样具有输出转角 跟踪输入信号xi及消除外力干扰而引起输出偏离的功能。

3)、结论

在该伺服系统中，采用了电液伺服阀（由电磁力推动阀芯运动的液压伺服阀），电桥和放大器等电器元件，故称为电液伺服系统。

４、图1－6为方钢坯连铸机工作示意图

1)、工作过程

方钢坯从弧形辊道进入水平辊道后需要用校直辊组加力Ｆ进行校直，并用剪切机切断。为了使校直力Ｆ能够跟随计算机给定的校直量，可采用力控制电液伺服系统。其方块图如下：

为了使剪切机的水平运动在剪切过程中能与铸坯同步，可采用速度控制电液伺服系统。其方

速度传感器通过压紧轮，感受钢坯的实际水平移动速度vｒ作为系统的速度给定。剪切机水平移动速度vc由速度传感器感受。

当vｒ与vc出现偏差时，电液伺服系统对剪切机的移动速度进行调整，以保证钢坯在剪切过程中与剪切机同步，因而不受阻力或推力。

结论：采用合理的液压伺服系统，配以适当的执行元件及相应物理参数的传感元件，可对任何物理参数进行自动控制。

二、液压伺服系统的组成

输入元件：将给定值加于系统的输入端，该元件可以是机械的、电器的、液压的、气动的或者是它们的组合形式的。

反馈测量元件：测量系统的输出量并转换成反馈信号。这类元件也是多种形式的，各种类型的传感器常用作反馈测量元件。

比较元件：将反馈信号与输入信号比较，得出误差信号。

放大器及能量转换元件：将误差信号放大，并将各种形式的信号转换成大功率的液压能量。

电器伺服放大器及各种类型的机液、电器伺服阀均属于此类常用元件。

执行元件：将产生的调节动作加于控制对象上。

如：液压缸或液压马达等。

控制对象：具有待控物理量的各种各样生产设备。

液压伺服系统的组成